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探訪工業(yè)4.0時(shí)代:西門子的“工業(yè)3.X”

http://bfqmb.cn 2014-09-18 11:28 來源:澎湃新聞網(wǎng)

  

    “如果說,工業(yè)4.0時(shí)代的到來還要20年,那么,西門子目前已經(jīng)到達(dá)了 工業(yè)3.X 。”這是西門子股份公司管理委員會(huì)成員、工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域首席執(zhí)行官魯思沃(Siegfried Russwurm)的自我打分。

   作為德國制造的“優(yōu)等生”,西門子167年的發(fā)展史幾乎可以被視為近現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)程的一個(gè)縮影。從一個(gè)小作坊發(fā)展至今,西門子所締造的超級(jí)工業(yè)帝國已成為“德國制造”當(dāng)仁不讓的代名詞。

   從指針式電報(bào)機(jī)起家,到以信息技術(shù)為業(yè)務(wù)主動(dòng)脈,西門子踩準(zhǔn)了以電力、信息化為標(biāo)志的前兩次工業(yè)革命的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。基于信息物理融合系統(tǒng)的工業(yè)4.0概念誕生之初,西門子再度嗅到了新一輪工業(yè)革命的氣息。瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù),西門子集成了目前全球最先進(jìn)的生產(chǎn)管理系統(tǒng),以及生產(chǎn)過程軟件和硬件,如西門子制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)軟件Simatic IT、西門子產(chǎn)品生命周期管理(PLM)軟件、工業(yè)工程設(shè)計(jì)軟件(Comos)、全集成自動(dòng)化(TIA)、全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(IDS),等等。

   對于正從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”跨越的中國而言,或許能從西門子通往工業(yè)4.0的路線圖中解讀出更多線索。

  身份代碼背后的“生產(chǎn)旅行”

   工業(yè)4.0的內(nèi)涵已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越機(jī)器的自動(dòng)化,甚至數(shù)字制造本身。

   “制造業(yè)的發(fā)展趨勢在于,更加注重產(chǎn)品全生命周期的管理。過去推出一款新車,可能需要7、8年時(shí)間,現(xiàn)在2、3年就夠了。這就是未來的趨勢,核心在于,怎么加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、上市、服務(wù)時(shí)間,如何縮短整個(gè)過程耗費(fèi)的時(shí)間。”西門子(中國)有限公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)總經(jīng)理林斌接受澎湃新聞專訪時(shí)說。

   在工業(yè)4.0時(shí)代,虛擬世界將與現(xiàn)實(shí)世界高度融合。通過計(jì)算、自主控制和聯(lián)網(wǎng),人、機(jī)器和信息互相聯(lián)接,融為一體?,F(xiàn)有的技術(shù)和創(chuàng)新將被全部整合到一個(gè)數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)中。生產(chǎn)還未開始,產(chǎn)品開發(fā)流程和生產(chǎn)流程中的所有環(huán)節(jié)便可以并行模擬進(jìn)行。

   林斌舉例說,“比如生產(chǎn)一支筆,傳統(tǒng)做法是先出一張圖紙,然后調(diào)整機(jī)床參數(shù)去開模做出樣品,圖紙返回研發(fā)部門經(jīng)過比對修改,才能進(jìn)入生產(chǎn)線。但利用產(chǎn)品生命周期管理(PLM)軟件,從研發(fā)到制造基于同一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái),在設(shè)計(jì)時(shí)就可以將這支筆的特點(diǎn)、長度、直徑等參數(shù),直接與下游加工機(jī)器的數(shù)據(jù)同步,通過仿真就可以將設(shè)計(jì)定型,直接上線生產(chǎn),完全不需要紙質(zhì)圖紙。傳統(tǒng)制造節(jié)奏改變了,費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢的工藝都可以省下來。”

   簡而言之,工業(yè)4.0的愿景就在于,讓設(shè)備和設(shè)備開啟對話,產(chǎn)品和生產(chǎn)設(shè)備之間相互溝通,建立虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界之間的對話窗口。

   正如德國工業(yè)4.0的路線圖——《德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議》所描述的,在未來智能工廠中,人類、機(jī)器和資源能夠互相通信,就像社交網(wǎng)絡(luò)中一樣自然。智能產(chǎn)品“知道”它們?nèi)绾伪恢圃斐鰜淼募?xì)節(jié),也知道它們的用途。它們將主動(dòng)地對制造流程,回答諸如“我什么時(shí)候被制造的”、“對我進(jìn)行處理應(yīng)該使用哪種參數(shù)”、“我應(yīng)該被傳送到何處”等問題。

   類似的探索早已在西門子位于德國安貝格市的電子制造工廠上演。安貝格工廠有24年歷史,是全歐洲乃至全球最先進(jìn)的數(shù)字化工廠,為西門子提供印刷電路板等電子產(chǎn)品,100萬次加工過程的出錯(cuò)率只有12次。

   在安貝格工廠,真實(shí)工廠與虛擬工廠同步運(yùn)行,真實(shí)工廠生產(chǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境等都會(huì)通過虛擬工廠反映出來,而人則通過虛擬工廠對真實(shí)工廠進(jìn)行把控。

   為了準(zhǔn)確收集數(shù)據(jù),安貝格工廠超過3億個(gè)元器件都有自己的“身份證”。這些基礎(chǔ)識(shí)別信息包括:哪條生產(chǎn)線生產(chǎn)的、用什么材質(zhì)、當(dāng)時(shí)用的扭矩是多少、用什么樣的螺絲釘?shù)鹊?。?dāng)一個(gè)元件進(jìn)入烘箱時(shí),機(jī)器會(huì)判斷該用什么溫度以及時(shí)間長短,并可以判斷下一個(gè)進(jìn)入烘箱的元件是哪一種,適時(shí)調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)。

   但這距離工業(yè)4.0所描繪的“數(shù)字和物理世界的無縫銜接”的場景,仍有很大差距。魯思沃認(rèn)為,“這場變革將是一個(gè)漸進(jìn)的過程,工業(yè)4.0的真正到來可能需要20年左右的時(shí)間。”他將這一“漸進(jìn)的過程”稱作工業(yè)3.X。

   事實(shí)上,西門子已經(jīng)將“工業(yè)3.X”的范本帶到了中國。

   以寶馬集團(tuán)全球最先進(jìn)工廠之一的華晨寶馬鐵西工廠為例,有了西門子LIS超寬帶實(shí)時(shí)定位識(shí)別系統(tǒng)的輔助,該廠的總裝車間取消了原來專門用于掃描車輛條形碼的工位。車輛每到一個(gè)工位,車型、車輛識(shí)別碼、根據(jù)車輛的不同配置,需要裝配的各種零件等信息會(huì)自動(dòng)顯示在工位前方的操作屏上,甚至?xí)詣?dòng)提供圖片及裝配輔助指令,直接引導(dǎo)工人完成相應(yīng)工作。

   這一流程被視作定制式生產(chǎn)的基礎(chǔ)?,F(xiàn)在,一款汽車需要上千人設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)3年、生產(chǎn)模具1年、建設(shè)工廠4年,至少需要8年的時(shí)間。而在未來工廠,制造高度靈活,一條生產(chǎn)線能同時(shí)生產(chǎn)多個(gè)車型;用戶根據(jù)個(gè)人喜好選擇的車型、車輛配置,甚至可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)月定制,下個(gè)月就生產(chǎn)出來。

   亞洲最大的紙漿和紙張制造商之一的亞洲紙漿紙業(yè)集團(tuán)(APP)在浙江省寧波市的造紙廠是另一個(gè)范本——借助全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),能源消耗和二氧化碳排放量大減。由此,該造紙廠每條生產(chǎn)線年均節(jié)省數(shù)千萬元的開支,年均停機(jī)時(shí)間被保持在最低的12.5小時(shí)。

   此外,汽車生產(chǎn)設(shè)備制造商柯馬(上海)工程有限公司采用西門子的產(chǎn)品生命周期軟件,借助虛擬仿真技術(shù)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的缺陷及問題,在投產(chǎn)前就加以校正,使得設(shè)計(jì)與規(guī)劃實(shí)現(xiàn)“所見即所得”(生產(chǎn)線模擬的精準(zhǔn)度為98%),把產(chǎn)品上市時(shí)間縮短了20%-30%。

   林斌說,從硬件專業(yè)提供商到系統(tǒng)解決方案的“大管家”,西門子在工業(yè)4.0道路上正在探索的,是一條軟硬件結(jié)合的道路。“值得注意的是,軟件有很大程度上能夠定義硬件的功能。我們談到工業(yè)4.0,肯定要往這個(gè)方向發(fā)展。但這條路還是很長的。有人說這是第四次工業(yè)革命,有人說不是革命,是一個(gè)漸進(jìn)的過程,可能要7、8年,可能是十年甚至十幾年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。那么,對于西門子來說,今天的軟件硬件已經(jīng)在這個(gè)方向上走了,未來我們會(huì)在軟件上投入更多。”

  探訪中國版工業(yè)4.0

   在林斌看來,無論是中國制造業(yè)2025,還是德國工業(yè)4.0,甚至美國工業(yè)復(fù)興,本質(zhì)上都是趨同的。不管概念的具體闡述如何,這些大國都逐漸認(rèn)識(shí)到,制造業(yè)仍然是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長的發(fā)動(dòng)機(jī),將信息物理融合系統(tǒng)應(yīng)用到制造業(yè)中,正在引爆第四次工業(yè)革命。

   中德兩國的國情不一,制造業(yè)發(fā)展階段也不同。但他山之石,可以攻玉。

   從西門子的發(fā)展路徑來看,其同樣經(jīng)歷了從模仿到創(chuàng)新的“學(xué)徒”之路。

   “拿西門子來說,我們過去買了很多軟件,比如說PLM、Comos,在過去的7、8年里面,工業(yè)部門花了幾十億歐元來買軟件。我覺得,這對于中國工業(yè)來說,這同樣值得思考。天下沒有免費(fèi)的午餐,你要考慮投入。而且,這個(gè)投入是有風(fēng)險(xiǎn)的。當(dāng)你說要提高研發(fā)費(fèi)的時(shí)候,必須想清楚,你不是花一個(gè)億,可能是十幾個(gè)億,花好多時(shí)間。”

   羅馬非一日建成,西門子工業(yè)帝國的締造,同樣經(jīng)歷了漫長的積累過程。近年來,西門子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)先后完成了多項(xiàng)收購,收購對象皆為工業(yè)軟件不同細(xì)分領(lǐng)域的佼佼者。林斌稱,“今天西門子擁有許多數(shù)字化水平很高的技術(shù)平臺(tái),比如說在德國安貝格、在中國成都(編注:西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地是西門子在德國之外的首家數(shù)字化企業(yè))。但其實(shí),這是我們在過去的很多年里面花了很多的投入才做起來的。我覺得,對于很多中國企業(yè)家來說,一定要看得遠(yuǎn)一點(diǎn),有自己的戰(zhàn)略投入。”

   種種跡象表明,無論是中國高層還是企業(yè)層面,都已在借鑒德國經(jīng)驗(yàn),探訪中國版工業(yè)4.0的未來。

   去年10月,魯思沃造訪中國工程院,就制造業(yè)的未來及“工業(yè)4.0”話題做講座,與600多位院士、研究人員及企業(yè)代表交流。中國工程院正是中國制造業(yè)未來10年的頂層規(guī)劃和路線圖——“中國制造2025”——的主要設(shè)計(jì)者之一。

     今年5月29日,時(shí)任西門子(中國)有限公司執(zhí)行副總裁、工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域總裁吳和樂應(yīng)工業(yè)和信息化部邀請,就制造業(yè)的未來及“工業(yè)4.0”話題,與工信部9個(gè)司局代表進(jìn)行研討,中國工程院、中國科學(xué)院等7所主要國家科研機(jī)構(gòu),中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)、中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)等9個(gè)工業(yè)協(xié)會(huì),以及中國移動(dòng)、華為集團(tuán)等20家企業(yè)代表參加了研討會(huì)。

   今年3月,西門子股份公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)CEO(首席執(zhí)行官)胡桉桐(Anton S. Huber)在西門子柏林燃?xì)廨啓C(jī)工廠,接待了工業(yè)和信息化部部長苗圩一行,并就制造業(yè)的未來及“工業(yè)4.0”話題分享了西門子技術(shù)藍(lán)圖和愿景。

  此外,天津市曾專門舉辦了工業(yè)4.0論壇,邀請西門子前往交流。

   “我們最近還有很多類似的邀請和需求。”林斌說,政府更多起到平臺(tái)的作用。

   與政府高層或地方政府所站角度不同,對于企業(yè)而言,顯然更關(guān)注西門子能否帶來哪些立竿見影的幫助。“來自企業(yè)的反饋都是很積極的。但工業(yè)4.0是一個(gè)發(fā)展方向,而企業(yè)更關(guān)心的是今天能做什么。他們會(huì)問西門子,今天我能從你這兒得到哪些實(shí)實(shí)在在的幫助?”

   這一問題的提出,牽扯出的便是一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的阻路石——標(biāo)準(zhǔn)化。

   林斌介紹,西門子成都數(shù)字化工廠的參觀者絡(luò)繹不絕,在事后與西門子的交流中,企業(yè)經(jīng)常提出諸如“這個(gè)東西看上去很專業(yè),但我現(xiàn)在技術(shù)很差,我該怎么做”之類的問題。“我們告訴他,比如在控制方面,首先統(tǒng)一你的軟件平臺(tái),用我們的Profinet(基于工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng),可以無縫集成現(xiàn)場總線系統(tǒng)),你有沒有?”

   對于大多數(shù)擁有“雜牌軍”設(shè)備的企業(yè)而言,這顯然是不可逾越的障礙。“現(xiàn)在的品牌用得很雜,硬件和硬件之間需要用很多不同的語言來轉(zhuǎn)換,效率肯定低。很多企業(yè)說現(xiàn)在的成本很高,其實(shí)就是過去更側(cè)重于考慮采購成本造成的。但你回過頭來講,德國工人的成本比你更高,用的機(jī)器更好,但為什么做出來的東西能暢銷?這里可能要轉(zhuǎn)化一個(gè)概念,從考慮采購成本到考慮全生命周期的運(yùn)營成本,這個(gè)是很重要的。”林斌稱。

   德國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)、德國機(jī)械制造商協(xié)會(huì)(VDMA)和德國電氣電子工業(yè)協(xié)會(huì)(ZVEI)共同開展的一項(xiàng)調(diào)查顯示,被調(diào)查的近300家德國企業(yè)中,有半數(shù)以上都認(rèn)為數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化是“工業(yè)4.0”所提出的最大挑戰(zhàn),難度甚至超過了流程和工作組織。未來,工件可以告知對它進(jìn)行加工的設(shè)備該如何對其進(jìn)行加工。但實(shí)現(xiàn)這一愿景的先決條件是,不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備能使用同一種語言進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化,要求相關(guān)軟件兼容所有聯(lián)網(wǎng)的元器件、機(jī)器、設(shè)備和工廠等。當(dāng)前每家企業(yè)的IT系統(tǒng)都使用獨(dú)立的設(shè)置,要實(shí)現(xiàn)集成化發(fā)展,就需要所有企業(yè)都采用業(yè)內(nèi)認(rèn)可的國際化標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)體系。

   對于正在的制定“中國制造2025”而言,中國若想借此在2025年進(jìn)入世界裝備制造強(qiáng)國第二方陣、用20年時(shí)間趕超德日,標(biāo)準(zhǔn)化同樣是有待攻克的難題。

   如何讓信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化、智能化制造成為今后中國工業(yè)發(fā)展的主線?正處于工業(yè)“三級(jí)跳”助跑階段的中國,左手攥握可資借鑒的德國范本,右手是“新常態(tài)”經(jīng)濟(jì)下的諸多現(xiàn)實(shí)命題。

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